核电发展与环境保护

2009/7/25 8:16:00

摘  要：以相同装机容量的核电和煤电对环境产生的影响进行比较，充分说明了核电是较清洁的能源，是未来可开发和利用能源的主要方向。文中还简述了开发新能源的途径和核电发展的前景。
关键词：核电；火电；节能；新能源

    联合国预测，到2050年全球人口从现在的60亿增至90亿，到2100年，达150亿。人口的剧增，生产和生活水平的日益提高，刺激着对能源需求的猛增。2050年全球能耗将是现在的3.5倍，能源紧张，不可缓解。如何做到既开发能源，又保护环境，是关系到社会能否持续发展的重大课题。当今世界五大能源—石油、天然气、煤、水力和核能，其中煤能是污染环境之最，核能是较清洁的能源。
1、采煤、燃烧煤对环境的影响
    世界上有10个国家拥有全球92%储量的煤，中、美、前苏占57%。采煤、燃烧煤在增加GDP的同时，也在毁损环境质量和公众的健康，其主要表现在以下10个方面：
    （1）矿工死亡：1983年，在美国《可再生能源》一书中，估计当时中国的煤矿工人每年死亡1.5～2万人。采同样数量的煤，美国矿工死亡人数是中国的3%～4%。在我国，为满足装机容量为100万KW煤电厂所需的煤（200～300万t），每年约有35名矿工为之付出生命。
    （2）地表塌陷：采掘出供应装机容量为100万KW（以下均以100万KW电厂为例）煤电厂一年所需的燃煤，平均发生1050亩左右的地表塌陷。
    （3）煤渣占地面积：每年产生矿渣约20万t，占地3.15亩。
    （4）采矿工患尘肺：年均21.6人。
    （5）排出烟灰：每年2～3t。
    （6）有毒金属：Pb、As、Cd、Hg和放射性核素等，年均排放约400t。
    （7）222Rn的扩散：燃煤加速了氡的扩散，年均最终（即若干年后）因吸入氡而致病、致死约300人。
    （8）排出CO2和造成温室效应：碳燃烧后主要形成CO2，其重量是碳的3.7倍。电厂CO2年均排放量600～700万t。CO2使全球发生“温室效应”，按现在的排放速度，100年后，地球气温升高1.5～3.5℃，两极冰山、冰层大量融化，海平面上升1m左右。
    （9）排出CO2：年排量3～6万t。
    （10）排出SO2和氨氧化物并造成酸雨，硫燃烧后形成SO2，增重1倍。电厂年均排放SO2 5～10万t。煤中的铵盐和有机物，燃烧后形成氨氧化物（它又是致癌物质），年排量2～3t。两者都是强酸性气体，导致降落酸雨。
    1992年，多国首脑在巴西召开的世界环境与发展大会上，共同签署了《气候变化框架条约》，要求各国减少CO2排放量。1997年，防止全球气候变暖国际会议，签署了《京都议定书》，要求发达国家在2008～2010年，把温室气体排放量比1990年减少6%～8%。最近，我国也立法规定了各地区、各企业，应有计划地逐年减少COD(水中化学耗氧量)和CO2、SO2 的排放量，并将对其量化检查、监督和考核。
2、核电是较清洁的能源
    为保护环境，正大力倡导“清洁生产”；生产过程中所排出的废气、废水、废渣的量和其中所含的有害物质，以及放射性、电磁波、光（可见光是波长380～780nm的电磁波）、声、热、震动等物理量都在国际或国家标准所规定的限值以下。利用核能发电，与燃烧化石燃料（石油、天然气、煤）、尤其是燃煤发电相比，属于清洁生产。慢堆、快堆、核聚变发电，其清洁水平，将一代比一代进步。提高核电在供能中的比重，可以有效地减少环境污染。
前面列举了煤电污染环境的10个方面，以此作参照系，装机容量为100万kW的压水堆核电站，对环境影响显然要小得多。
    (1)矿工死亡：年均0.6人，是煤电的1.7%。
    (2)地表塌陷：2.4亩，是煤电的0.22%。
    (3)废物占地面积：1.5亩，是煤电的48%。
    (4)矿工尘肺：4.4人，是煤电的20%。
    (5)排出烟灰：近于零。
    (6)有毒金属：核岛中有不高于本底的放射性核素排放。
    (7) 222Rn扩散：其排放量约为煤电的1/3。
    (8)CO2:6～7万t,为煤电的1%。
    (9)CO:零排放。
    (10)SO2 和NxOY:零排放。
    以上10对数据表明，核能发电属清洁生产。诚然，这些数据是基于核反应堆的正常运转。
3、节能降耗，开发新能源
    发展循环经济，推行资源节约型、环境友好型的生产技术，可确保社会持续发展。 提高资源利用率，不仅仅是减少浪费、降低成本，更重要的是有助于环保。因为凡生产和生活中被抛弃的物质，都增加了环境的负担。
    “节能优先，降低能耗”、“能源结构多元化”、“煤炭的清洁高效利用”等，以及发展核电在国家中长期（2006～2020）科技发展纲要中，分别列为“优先专题”和“前沿技术。”
    用天然气替代石油，煤的气化（制水煤气和氢）和液化（煤转化为石油），都是提高能源利用率和减少污染的重大技术举措。大力开发可再生的能源—太阳能、水能、风能、潮汐能和生物质能等，是既可再生而又清洁的能源。这一切，都是“能源结构多元化”的重要内容。但化石燃料不可再生，其耗尽有日。可再生能源，因自然条件等因素而地域和规模受到限制。在当今科学技术的基础上，核能应是改善能源结构的首选。
4、当今核电和未来核电发展
    核电的原料也不可再生，但核能潜力巨大。等质量的U-235的核裂变能量是碳燃烧所释出的化学能的250万倍；1kg的U-235核裂变能相当于280万吨标准煤所释出的能量。所以，地球上可以裂变和聚变的核素所存储的能量，足以供人类消耗几百亿年，这里没有包括将来有可能被开采、利用的月球上的He-3。
三代核电—热中子堆（慢堆）、快中子增殖堆（快堆）、核聚变堆，一代胜过一代地“清洁”和更充分地利用自然资源。
    目前世界上已有近500座核电机组，其堆型几乎都是慢堆；只有法国有5座快堆，其中超凤凰堆电功率达124.2万kW。慢堆只能利用天然铀中丰度仅0.72%的U-235，而且，发电后还有一小部分U-235残留到乏燃料中。不能被利用的以U-238为主的锕系元素中，一部分的半衰期达10亿年以上，处理这些核废料是地质、地理的沉重负担。
    快堆中，U-238俘获1个中子，经两次β衰变转化为Pu-239, Pu-239也是核燃料，从而可使铀资源的利用率提高60-70倍，同时大大减轻了处理核废料对环境造成的压力。在法国，快堆早已投入商业发电，美国等10国的新能源发展计划中，把快堆列为重点发展堆型，我国计划于2018-2020年实现6.5万kW快堆的并网发电。
核聚变堆：慢堆和快堆，都是重原子核裂变时释放能量；核聚变堆是轻原子氘（H-2）和氚（H-3）核聚合时放出能量：
  2H+3H→4He+中子+能量
质量相等的两种核燃料，核聚变能是核裂变能的4倍。
    1m3海水中含34g氘。氚可以由Li-6转换得到。1 m3海水中含Li170mg;高原盐湖中锂也较丰富。Li在地壳中的丰度为10-5级，它只有两个同位素—Li-6和Li-7，Li-6占Li总量的7.5%。由于地球上氘和氚蕴藏量丰富，所以，如果核聚变反应可以被控制、并用于发电后，人类将“永远”解决了能源供应的难题。核聚变反应几乎不产生有害的废物，核聚变发电比水力发电更清洁。最近，我国已签署参加由中、欧盟、俄、美、韩、日、印度加盟的国际热核聚变实验反应堆建设计划，该组织设在法国，计划实施时间30年，我国投资1/10，从而我国正式成为国际热核聚变研究行列中的重要一员。20世纪，科学家们利用核聚变制造氢弹用于核威慑，21世纪核聚变将为人类造福—用于发电。